CN111538367A - 光伏串列阴影信息检测方法、最大功率点追踪方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏串列阴影信息检测方法，包括以下步骤：控制光伏串列短路；测量每一个光伏组件支路的电流，得到所有光伏组件的短路电流；获取最大电流值；计算得到阴影遮挡强度向量γ，
Figure DDA0002461730850000011
其中，NString为光伏串列的组件数量，ISC，i为第i个光伏组件的短路电流，ISC，Insolated为最大电流值。本发明使用一种新的阴影遮挡因子，使用阴影遮挡强度向量可以用来量化多种光照强度的阴影遮挡状况，能够有效地量化电压特性曲线中存在超过两个峰值的情况。利用阴影检测电路的结果指导全局最大功率点追踪系统追踪全局最大功率点。

Description

光伏串列阴影信息检测方法、最大功率点追踪方法及系统
技术领域
本发明涉及光伏串列技术领域，具体地涉及一种光伏串列阴影信息检测方法及检测电路，基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法及系统。
背景技术
光伏发电是使用半导体材料将太阳能转化成电能的一项技术。为了能够产生足够的电量，通常光伏发电站把光伏组件串并联成光伏串列或阵列。由于室外环境的不确定性，光伏串列中的一部分光伏组件有时会被云、落叶、建筑物等遮挡，从而工作在局部阴影遮挡状态(PSC)。在局部阴影遮挡状态下，光伏系统的功率-电压特性呈现出多个峰值，这样的现象给传统的最大功率点追踪(MPPT)算法带来了挑战。一些基于简单搜索策略的MPPT方法常常会在PSC下陷于局部最大功率点(LMPP)，因而无法追踪到全局最大功率点(GMPP)。文献
Figure BDA0002461730830000012
ValkealahtiS.Power Losses in Long String and ParallelConnectedShort Strings of SeriesConnected Silicon-Based Photovoltaic Modules Due toPartial Shading Conditions[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，2012，27(1)：173-183.中的研究表明，光伏串列受局部阴影遮挡影响而损失的功率最小，因此，许多MPPT的算法都是针对光伏串列而设计。
现有的局部阴影遮挡状态(PSC)一般使用阴影遮挡强度信息来表示，阴影遮挡强度信息用ρ表示，是用来表示被遮挡的光伏组件的光照强度GShaded与正常光照强度GInsolated的比值，其公式见公式(1)。
Figure BDA0002461730830000011
但是，该阴影遮挡信息的局限性在于其仅可应用于只存在两种光照强度的阴影遮挡状况，不能适用于其他情况。
公告号为CN 105068591 A的专利公开了一种光伏阵列局部遮挡下最大功率点跟踪方法，该方法避免因扫描P-V曲线引起的功率损耗，对局部遮挡下的光伏阵列进行建模分析；在MPPT方法中引入约束条件，智能判断搜索区间的收缩方向和收缩大小；根据P-V特性曲线，在搜索区间中取三点大致描述P-V特性曲线的走势，如若判断大致走势为山顶图，则最大功率点出现在搜索区间中部，需自外向内双边收缩共计1/2的区间范围；反之，则最大功率点出现在搜索区间两端，通过计算两端各三点功率之和，准确把握单边收缩方向，避免陷入局部最大功率点。该方法需要对局部遮挡下的光伏阵列进行建模分析，算法复杂，数据计算量大。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明的目的是提出了一种光伏串列阴影信息检测方法、最大功率点追踪方法及系统，本发明提出了一种新的阴影遮挡因子，使用阴影遮挡强度向量可以用来量化多种光照强度的阴影遮挡状况，提出了一种快速的阴影遮挡强度向量的检测方法，设计了一个阴影检测电路。最后，利用阴影检测电路的结果指导全局最大功率点追踪系统追踪全局最大功率点。
本发明的技术方案是：
一种光伏串列阴影信息检测方法，包括以下步骤：
S01：控制光伏串列短路；
S02：测量每一个光伏组件支路的电流，得到所有光伏组件的短路电流；
S03：获取最大电流值；
S04：计算得到阴影遮挡强度向量Y，
Figure BDA0002461730830000021
其中，NString为光伏串列的组件数量，ISC，i为第i个光伏组件的短路电流，ISC，Insolated为最大电流值。
本发明还公开了一种光伏串列阴影信息检测电路，包括：
控制器，用于控制光伏串列短路；
串联于光伏串列中各个光伏组件的支路的电流表，用于测量每一个光伏组件的电流；
计算模块，得到所有光伏组件的短路电流，获取最大电流值；计算得到阴影遮挡强度向量Y，
Figure BDA0002461730830000022
其中，其中，NString为光伏串列的组件数量，ISC，i为第i个光伏组件的短路电流，ISC，Insolated为最大电流值。
本发明又公开了一种基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法，包括以下步骤：
S11：使用权利要求1的检测方法或权利要求2的检测电路检测得到阴影遮挡强度向量；
S12：通过分类模型预测最大功率点电压相对于0.8VOC位置的倍数信息，其中，VOC为组件开路电压；
S13：得到当前环境的最大功率点电压的估计值；
S14：调节串列电压至得到的最大功率点电压的估计值；
S15：使用MPPT方法追踪全局最大功率点；
S16：持续检测两个测量点之间的功率差，若功率差大于所设定的阈值，则返回至步骤S11，反之，返回至步骤S15。
优选的技术方案中，所述步骤S12中的分类模型的得到方法，包括以下步骤：
在大量的光照条件下，对光伏串列建立阴影遮挡强度向量与最大功率点电压相对于0.8VOC位置的倍数信息的映射关系数据集；
通过分类算法对数据集进行训练得到分类模型。
本发明还公开了一种基于阴影信息检测的最大功率点追踪系统，包括光伏串列、阴影检测电路、微控制器、温度计、DC-DC直流变压器和负载；
所述阴影检测电路与微控制器连接，所述阴影检测电路用于检测阴影遮挡强度向量，并将检测得到的阴影遮挡强度向量发送给微控制器，所述温度计连接微控制器，所述微控制器内设置有权利要求4所述的基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法。
优选的技术方案中，所述阴影检测电路采用上面所述的光伏串列阴影信息检测电路。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明提出一种新的阴影遮挡因子，使用阴影遮挡强度向量可以用来量化多种光照强度的阴影遮挡状况，能够有效地量化电压特性曲线中存在超过两个峰值的情况。提出了一种快速的阴影遮挡强度向量的检测方法，设计了一个阴影检测电路，检测效率高，成本小，可以快速检测得到阴影遮挡强度向量。最后，利用阴影检测电路的结果指导全局最大功率点追踪系统追踪全局最大功率点。本发明算法简单，计算量小。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明光伏串列部分的结构示意图；
图2为光伏串列的功率-电压特性曲线；
图3为本发明另一实施例中光伏串列阴影信息检测方法的流程图；
图4为本发明光伏串列阴影信息检测电路示意图；
图5本发明基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法的流程图；
图6本发明基于阴影信息检测的最大功率点追踪系统的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提出了一种新型的阴影遮挡因子，称为阴影遮挡强度向量，阴影遮挡强度向量是基于现有的阴影遮挡强度信息所扩展得到的。本发明的阴影遮挡强度向量可以用来量化多种光照强度的阴影遮挡状况。
本发明提出的阴影遮挡强度向量用γ表示，其表达式见公式(2)。
Figure BDA0002461730830000041
其中，NString为光伏串列的组件数量，ρi和Gi分别是第i个光伏组件所对应的阴影遮挡强度信息和光照强度。
以图1中的光伏串列为例，当前阴影遮挡状况中存在三种光照强度分别为400，600与1000W/m2。图2所示为当前阴影遮挡状况所对应的光伏串列的功率-电压特性曲线，可以观察到特性曲线中有三个峰值。
图1中阴影遮挡状况所对应的阴影遮挡强度向量为{0.4，0.4，0.6，1.0}。
由于光伏组件的短路电流与光照强度成正比例关系，本发明通过测量每一个组件的短路电流来估算阴影遮挡强度向量的值。如图3所示，本发明公开了一种光伏串列阴影信息检测方法，包括以下步骤：
S01：通过控制器控制使得光伏串列短路；
S02：测量每一个光伏组件支路的电流，得到所有光伏组件的短路电流；
S03：获取最大电流值；
S04：计算得到阴影遮挡强度向量Y，
Figure BDA0002461730830000051
其中，NString为光伏串列的组件数量，ISC，i为第i个光伏组件的短路电流，ISC，Insolated为最大电流值。
具体的在测量开始时，首先存储当前工作电压信息并通过控制器将光伏串列短路。记录每一个电流表的数值记为ISC，i，选取其中最大的电流值记为ISC，Insolated。恢复光伏串列的工作电压为测量开始时记录的电压值。最后，计算阴影遮挡强度向量。
如图4所示，本发明公开了一种光伏串列阴影信息检测电路，包括：
控制器，用于控制使光伏串列短路；
串联于光伏串列中各个光伏组件的支路的电流表，用于测量每一个光伏组件的电流；
计算模块，得到所有光伏组件的短路电流，获取最大电流值；计算得到阴影遮挡强度向量Y，
Figure BDA0002461730830000052
其中，NString为光伏串列的组件数量，ISC，i为第i个光伏组件的短路电流，ISC，Insolated为最大电流值。
许多研究表明光伏串列的最大功率点电压出现在0.8倍的组件开路电压VOC的整数倍位置附近。以图2为例，最大功率点出现在四倍的0.8VOC位置附近。本发明在大量的光照条件下，对光伏串列建立阴影遮挡强度向量与最大功率点电压相对于0.8VOC位置的倍数信息的映射关系数据集，通过分类算法对数据集进行训练的到分类模型。在阴影检测电路得到新环境下的阴影遮挡强度向量后，通过训练好的分类模型能够预测最大功率点电压相对于0.8VOC位置的倍数信息。最后使用传统MPPT方法追踪更为精确的全局最大功率点。
本发明的一种基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法，如图5所示，包括以下步骤：
S11：使用所述的检测方法或所述的检测电路检测得到阴影遮挡强度向量；
S12：通过分类模型预测最大功率点电压相对于0.8VOC位置的倍数信息，其中，VOC为组件开路电压；
S13：得到当前环境的最大功率点电压的估计值；
S14：调节串列电压至得到的最大功率点电压的估计值；
S15：使用现有MPPT方法追踪全局最大功率点；
S16：持续检测两个测量点之间的功率差ΔP，若功率差ΔP大于所设定的阈值，则返回至步骤S11，反之，返回至步骤S15。
步骤S16中阈值设置为光伏串列在标准测试环境(STC)下的最大功率PSTC的0.05倍。
本发明又公开了一种基于阴影信息检测的最大功率点追踪系统，用于执行本发明设计的最大功率点追踪方法，如图6所示，包括光伏串列、阴影检测电路、微控制器、温度计、DC-DC直流变压器和负载；
所述阴影检测电路与微控制器连接，所述阴影检测电路用于检测阴影遮挡强度向量，并将检测得到的阴影遮挡强度向量发送给微控制器，所述温度计连接微控制器，所述微控制器内设置上述的基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法。
阴影检测电路采用图4的光伏串列阴影信息检测电路。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种光伏串列阴影信息检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：控制光伏串列短路；
S02：测量每一个光伏组件支路的电流，得到所有光伏组件的短路电流；
S03：获取最大电流值；
S04：计算得到阴影遮挡强度向量Y，
Figure FDA0002461730820000011
其中，NString为光伏串列的组件数量，ISC，i为第i个光伏组件的短路电流，ISC，Insolated为最大电流值。
2.一种光伏串列阴影信息检测电路，其特征在于，包括：
控制器，用于控制光伏串列短路；
串联于光伏串列中各个光伏组件的支路的电流表，用于测量每一个光伏组件的电流；
计算模块，得到所有光伏组件的短路电流，获取最大电流值；计算得到阴影遮挡强度向量Y，
Figure FDA0002461730820000012
其中，其中，NString为光伏串列的组件数量，ISC，i为第i个光伏组件的短路电流，ISC，Insolated为最大电流值。
3.一种基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11：使用权利要求1的检测方法或权利要求2的检测电路检测得到阴影遮挡强度向量；
S12：通过分类模型预测最大功率点电压相对于0.8VOC位置的倍数信息，其中，VOC为组件开路电压；
S13：得到当前环境的最大功率点电压的估计值；
S14：调节串列电压至得到的最大功率点电压的估计值；
S15：使用MPPT方法追踪全局最大功率点；
S16：持续检测两个测量点之间的功率差，若功率差大于所设定的阈值，则返回至步骤S11，反之，返回至步骤S15。
4.根据权利要求3所述的基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述步骤S12中的分类模型的得到方法，包括以下步骤：
在大量的光照条件下，对光伏串列建立阴影遮挡强度向量与最大功率点电压相对于0.8VOC位置的倍数信息的映射关系数据集；
通过分类算法对数据集进行训练得到分类模型。
5.一种基于阴影信息检测的最大功率点追踪系统，其特征在于，包括光伏串列、阴影检测电路、微控制器、温度计、DC-DC直流变压器和负载；
所述阴影检测电路与微控制器连接，所述阴影检测电路用于检测阴影遮挡强度向量，并将检测得到的阴影遮挡强度向量发送给微控制器，所述温度计连接微控制器，所述微控制器内设置有权利要求4所述的基于阴影信息检测的最大功率点追踪方法。
6.根据权利要求5所述的基于阴影信息检测的最大功率点追踪系统，其特征在于，所述阴影检测电路采用权利要求2所述的光伏串列阴影信息检测电路。
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